本發(fā)明涉及上引式連續(xù)鑄造裝置以及上引式連續(xù)鑄造方法。

背景技術：

在日本特開平9-248657號公報中公開了無需鑄型的上引式的連續(xù)鑄造方法。如日本特開平9-248657號公報所示，在使起動器(starter)浸漬于熔融金屬(熔融金屬)的表面(即熔融金屬面)后，若將該起動器上引，則熔融金屬借助熔融金屬的表面膜、表面張力而也追隨于起動器被導出。此處，通過經(jīng)由設置在熔融金屬面附近的形狀規(guī)定部件導出熔融金屬并進行冷卻，能夠連續(xù)鑄造具有所希望的剖面形狀的鑄件。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)以下的課題。

在日本特開平9-248657號公報所記載的連續(xù)鑄造方法中，存在鑄造中空形狀的鑄件(中空鑄件)的情況。在這種情況下，通過向凝固界面附近的中空鑄件的外周面以及內(nèi)周面吹送冷卻氣體，使從熔融金屬面導出的熔融金屬間接冷卻，從而能夠加速熔融金屬面導出的熔融金屬的凝固。然而，如果向凝固界面附近的中空鑄件的內(nèi)周面吹送冷卻氣體，會由于該吹送氣體的氣流的影響而在排出的冷卻氣體的流動的流路與形狀規(guī)定部件的上表面之間的空間產(chǎn)生負壓區(qū)域，存在從熔融金屬面導出的熔融金屬由于該負壓被拉動并流入中空鑄件的內(nèi)側的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是鑒于上述情況而形成的，其目的在于提供能夠抑制從熔融金屬面導出的熔融金屬流入中空鑄件的內(nèi)側的上引式連續(xù)鑄造裝置以及上引式連續(xù)鑄造方法。

本發(fā)明的一個方式的上引式連續(xù)鑄造裝置具備：保持爐，該保持爐保持熔融金屬；形狀規(guī)定部件，該形狀規(guī)定部件設置在上述熔融金屬的熔融金屬面的上方，從上述熔融金屬面導出的上述熔融金屬通過上述形狀 規(guī)定部件，由此來規(guī)定要鑄造的中空鑄件的剖面形狀；以及冷卻部，該冷卻部向凝固界面附近的上述中空鑄件的內(nèi)周面吹送冷卻氣體，由此冷卻經(jīng)由該凝固界面與上述中空鑄件連續(xù)的從上述熔融金屬面導出的上述熔融金屬，上引式連續(xù)鑄造裝置還具備送風部，該送風部對在從上述冷卻部吹出的上述冷卻氣體所流動的流路與上述形狀規(guī)定部件的上表面之間的空間產(chǎn)生的負壓區(qū)域送風。由此，負壓區(qū)域的負壓狀態(tài)得到緩解，因此能夠抑制從熔融金屬面導出的熔融金屬流入中空鑄件的內(nèi)側。

優(yōu)選為，上述送風部的送風口在上述中空鑄件的內(nèi)部設置于相比上述冷卻部靠上方的位置，朝向下方的上述負壓區(qū)域送風。由此，無需將噴嘴設置在保持爐內(nèi)，因此送風部的設置變得容易。

優(yōu)選為，上述送風部的送風口配置于與上述負壓區(qū)域接觸的部件，向該負壓區(qū)域開口。由此，能夠更為正確地向負壓區(qū)域送入風，因此更為可靠地緩解負壓區(qū)域的負壓狀態(tài)。

優(yōu)選為，還具備測定上述負壓區(qū)域的壓力的壓力傳感器，上述送風部以與上述壓力傳感器的測定結果相應的流量送風。由此，能夠送入適于緩解負壓區(qū)域的負壓狀態(tài)的流量的風，因此能夠更為正確地緩解負壓區(qū)域的負壓狀態(tài)。

本發(fā)明的一個方式的上引式連續(xù)鑄造方法，從由保持爐保持的熔融金屬的熔融金屬面導出上述熔融金屬，使所導出的上述熔融金屬通過規(guī)定中空鑄件的剖面形狀的形狀規(guī)定部件，由此鑄造上述中空鑄件，其中，上引式連續(xù)鑄造方法具備如下步驟：向凝固界面附近的上述中空鑄件的內(nèi)周面吹送冷卻氣體，由此冷卻經(jīng)由該凝固界面與上述中空鑄件連續(xù)的從上述熔融金屬面導出的上述熔融金屬的步驟；以及對在吹出的上述冷卻氣體所流動的流路與上述形狀規(guī)定部件的上表面之間的空間產(chǎn)生的負壓區(qū)域送風的步驟。由此，負壓區(qū)域的負壓狀態(tài)得到緩解，因此能夠抑制從熔融金屬面導出的熔融金屬流入中空鑄件的內(nèi)側。

根據(jù)本發(fā)明，能夠提供可抑制從熔融金屬面導出的熔融金屬流入中空鑄件的內(nèi)側的上引式連續(xù)鑄造裝置以及上引式連續(xù)鑄造方法。

本發(fā)明的其他特征、目的、優(yōu)點可通過在參照作為并非用于限制本發(fā)明的示例的添加的附圖的同時閱讀以下的詳細說明而變得清晰。

附圖說明

圖1為示意性示出實施方式1的自由鑄造裝置的剖視圖。

圖2為圖1所示的形狀規(guī)定部件的俯視圖。

圖3為用于對比較例的自由鑄造裝置的課題進行說明的圖。

圖4為用于對比較例的自由鑄造裝置的課題進行說明的圖。

圖5為表示圖1所示的自由鑄造裝置的一部分的放大剖視圖。

圖6為表示實施方式1的自由鑄造方法的流程圖。

圖7為表示冷卻氣體的流量同負壓區(qū)域的壓力與大氣壓的差壓之間的關系的圖。

圖8為示意性示出實施方式2的自由鑄造裝置的剖視圖。

圖9為表示實施方式3的自由鑄造裝置的一部分的放大剖視圖。

圖10為表示圖9所示的形狀規(guī)定部件周邊的俯視圖。

圖11為表示圖9所示的自由鑄造裝置的變形例的一部分的放大剖視圖。

圖12為表示圖11所示的形狀規(guī)定部件周邊的俯視圖。

具體實施方式

以下，參照附圖對應用本發(fā)明的具體的實施方式進行詳細說明。不過，本發(fā)明并不局限于以下的實施方式。另外，為了明確說明，適當?shù)睾喕韵碌挠涊d以及附圖。

＜實施方式1＞

首先，參照圖1對實施方式1的自由鑄造裝置(上引式連續(xù)鑄造裝置)進行說明。圖1為示意性示出實施方式1的自由鑄造裝置的剖視圖。如圖1所示，實施方式1的自由鑄造裝置具備熔融金屬保持爐(保持爐)101、形狀規(guī)定部件102、支承桿106、107、致動器108、冷卻部109、送風部116以及上引機115。此外，圖1中為了對構成要素的位置關系進行說明而簡便地示出右手系xyz坐標。圖1中的xy平面構成水平面，Z軸方向為鉛 垂方向。更具體地說，z軸的正方向為鉛垂向上方向。

熔融金屬保持爐101例如收納鋁或其合金等的熔融金屬M1，保持為熔融金屬M1具有流動性的規(guī)定的溫度。在圖1的例子中，在鑄造中不向熔融金屬保持爐101補充熔融金屬，因此隨著鑄造的進行，熔融金屬M1的表面(換句話說熔融金屬面)降低。另一方面，也可以構成為在鑄造中向熔融金屬保持爐101隨時補充熔融金屬，將熔融金屬面恒定保持。此處，如果提升熔融金屬保持爐101的設定溫度，則能夠提高凝固界面SIF的位置，如果降低熔融金屬保持爐101的設定溫度，則可以降低凝固界面SIF的位置。此外，當然熔融金屬M1也可以是鋁以外的金屬或其合金。

形狀規(guī)定部件102例如由陶瓷、不銹鋼等構成，被配置在熔融金屬面上。形狀規(guī)定部件102由外部形狀規(guī)定部件103以及內(nèi)部形狀規(guī)定部件104構成。外部形狀規(guī)定部件103規(guī)定要鑄造的鑄件M3的外部的剖面形狀，內(nèi)部形狀規(guī)定部件104規(guī)定要鑄造的鑄件M3的內(nèi)部的剖面形狀。圖1所示的鑄件M3是水平方向的剖面(以下，稱為橫截面)的形狀為管狀的中空鑄件(換句話說是管)。

在圖1的例子中，外部形狀規(guī)定部件103以及內(nèi)部形狀規(guī)定部件104被配置為各自的下側的主面(下表面)與熔融金屬面接觸。由此，抑制在熔融金屬M1的表面形成的氧化膜、在熔融金屬M1的表面漂浮的異物混入鑄件M3。另一方面，外部形狀規(guī)定部件103以及內(nèi)部形狀規(guī)定部件104也可以配置為各自的下表面不與熔融金屬面接觸。具體地說，外部形狀規(guī)定部件103以及內(nèi)部形狀規(guī)定部件104可以被配置為各自的下表面從熔融金屬面離開規(guī)定的距離(例如0.5mm左右)。由此，在外部形狀規(guī)定部件103以及內(nèi)部形狀規(guī)定部件104中，抑制熱變形、溶損，因此耐老化性提高。

圖2為圖1所示的形狀規(guī)定部件102的俯視圖。此處，圖1的形狀規(guī)定部件102的剖視圖與圖2的I-I剖視圖相當。在圖2的例子中，外部形狀規(guī)定部件103例如具有矩形狀的平面形狀，在中央部具有圓形狀的開口部。內(nèi)部形狀規(guī)定部件104具有圓形狀的平面形狀，被配置在外部形狀規(guī)定部件103的開口部的中央部。外部形狀規(guī)定部件103與內(nèi)部形狀規(guī)定部件104之間的間隙為供熔融金屬通過的熔融金屬通過部105。此外，圖2 中的xyz坐標與圖1一致。

此處，圖2中也示出冷卻部109的噴嘴前端部114。噴嘴前端部114配置在內(nèi)部形狀規(guī)定部件104的中央部。在噴嘴前端部114設置有俯視視角向熔融金屬通過部105開口的多個冷卻氣體排出口114a。

上引機115把持起動器(導出部件)ST，使起動器ST浸漬于熔融金屬M1，或者將浸漬于熔融金屬M1的起動器ST上引。

如圖1所示，熔融金屬M1在與浸漬的起動器ST結合后，借助其表面膜、表面張力維持著外形隨同起動器ST被上引，通過形狀規(guī)定部件102的熔融金屬通過部105。熔融金屬M1通過形狀規(guī)定部件102的熔融金屬通過部105，由此從形狀規(guī)定部件102對熔融金屬M1施加外力，規(guī)定鑄件M3的剖面形狀。此處，將借助熔融金屬M1的表面膜、表面張力隨同起動器ST(或者，隨同起動器ST被上引的熔融金屬M1凝固形成的鑄件M3)從熔融金屬面被上引的熔融金屬稱為保持熔融金屬M2。另外，鑄件M3與保持熔融金屬M2的邊界為凝固界面SIF。

支承桿106支承外部形狀規(guī)定部件103，支承桿107支承內(nèi)部形狀規(guī)定部件104。支承桿106、107均連結于致動器108。

致動器108能夠經(jīng)由支承桿106、107使外部形狀規(guī)定部件103以及內(nèi)部形狀規(guī)定部件104沿上下方向(Z軸方向)移動。由此，在隨著鑄造的進行而熔融金屬面降低的同時，能夠使形狀規(guī)定部件102向下方移動。

冷卻部109為通過將冷卻氣體(例如空氣、氮氣、氬氣等)向起動器ST、鑄件M3吹送而間接冷卻保持熔融金屬M2的部分。如果增加冷卻氣體的流量，則能夠使凝固界面SIF的位置下降，如果減少冷卻氣體的流量，則能夠升高凝固界面SIF的位置。此外，冷卻部109也能夠沿上下方向(鉛垂方向；Z軸方向)以及水平方向(X軸方向以及Y軸方向)移動。因此，例如，針對在隨著鑄造的進行而熔融金屬面降低的同時，形狀規(guī)定部件102的向下方的移動，可以使冷卻部109相應地向下方移動?；蛘撸槍ι弦龣C115、形狀規(guī)定部件102的水平方向的移動，可以使冷卻部109相應地沿水平方向移動。

更具體地說，冷卻部109由冷卻氣體供給部110、噴嘴111、112、噴嘴前端部113、114構成。冷卻部109將由冷卻氣體供給部110供給的冷卻 氣體分別經(jīng)由噴嘴111、112從噴嘴前端部113、114排出。

噴嘴前端部113在鑄件M3的外側以包圍鑄件M3的外周面的方式設置。設置于噴嘴前端部113的多個冷卻氣體排出口向凝固界面SIF附近的鑄件M3的外周面開口。噴嘴前端部113將從多個冷卻氣體排出口排出的冷卻氣體向凝固界面SIF附近的鑄件M3的外周面吹送。

噴嘴前端部114設置在鑄件M3的內(nèi)側(本例中，內(nèi)部形狀規(guī)定部件104的中央部)。設置于噴嘴前端部114的多個冷卻氣體排出口114a向凝固界面附近SIF的鑄件M3的內(nèi)周面開口。噴嘴前端部114將從多個冷卻氣體排出口114a排出的冷卻氣體向凝固界面SIF附近的鑄件M3的內(nèi)周面吹送。

通過連結于起動器ST的上引機115將鑄件M3上引，并通過冷卻氣體冷卻起動器ST、鑄件M3，由此凝固界面SIF附近的保持熔融金屬M2從上側(Z軸方向正側)向下側(Z軸方向負側)逐漸凝固，形成鑄件M3。如果加快上引機115的上引速度，則能夠提升凝固界面SIF的位置，如果減慢上引速度，則能夠降低凝固界面SIF的位置。

另外，使上引機115一邊沿水平方向(X軸方向、Y軸方向)移動一邊上引，從而能夠將保持熔融金屬M2沿傾斜方向導出。因此，能夠使鑄件M3的長邊方向的形狀自由變化。此外，還可以代替使上引機115沿水平方向移動，轉而通過使形狀規(guī)定部件102沿水平方向移動來使鑄件M3的長邊方向的形狀自由變化。

送風部116為對由于向凝固界面SIF附近的鑄件M3的內(nèi)周面吹送冷卻氣體而產(chǎn)生的負壓區(qū)域X進行送風的部分。關于負壓區(qū)域X的詳情將在后文中敘述。

更具體地說，送風部116由風供給部117、噴嘴118以及噴嘴前端部119構成。送風部116將由風供給部117供給的風(空氣或者與冷卻氣體相同種類的氣體等)經(jīng)由噴嘴118從噴嘴前端部119送出。

噴嘴前端部119被配置為從上引機115附近通過噴嘴118懸吊于中空形狀的鑄件M3的內(nèi)側(筒內(nèi))。設置于噴嘴前端部119的多個送風口119a位于冷卻部109的噴嘴前端部114的上方，向下方的負壓區(qū)域X開口，對負壓區(qū)域X送風。在上述的送風部116的配置的情況下，無需將噴嘴118 設置于熔融金屬保持爐101內(nèi)，因此送風部116的設置較為容易。

以下，使用圖3～圖5對負壓區(qū)域X的發(fā)生所帶來的課題以及使用送風部116所產(chǎn)生的效果進行說明。

圖3以及圖4為用于對比較例的自由鑄造裝置的課題進行說明的圖。在圖3以及圖4所示的自由鑄造裝置未設置送風部116。圖5為表示圖1所示的自由鑄造裝置的一部分的放大剖視圖。

如圖3所示，從設置于噴嘴前端部114的多個冷卻氣體排出口114a排出的冷卻氣體的流動的流路(圖中的黑箭頭)與內(nèi)部形狀規(guī)定部件104的上表面之間的空間受到冷卻氣體的氣流的影響，形成為表示壓力值低于大氣壓的負壓狀態(tài)。將該負壓狀態(tài)的空間稱為負壓區(qū)域X。

如圖4所示，在未設置送風部116的情況下，存在與負壓區(qū)域X接觸的保持熔融金屬M2被負壓拉動而流入中空形狀的鑄件M3的內(nèi)側的情況。為了避免這樣的情況出現(xiàn)，必須降低冷卻氣體的流量，抑制負壓區(qū)域X的發(fā)生。然而，如果降低冷卻氣體的流量，則保持熔融金屬M2的凝固頗為費時，致使鑄件M3的生產(chǎn)性降低。

與此相對，如圖5所示，當設置送風部116的情況下，通過從送風部116對負壓區(qū)域X送風，使負壓區(qū)域X的負壓狀態(tài)得到緩解。換句話說，負壓區(qū)域X的壓力與大氣壓的差壓變小。因此，即使不降低冷卻氣體的流量，也能夠抑制保持熔融金屬M2流入中空形狀的鑄件M3的內(nèi)側。

接著，參照圖1以及圖6對實施方式1的自由鑄造方法進行說明。圖6為表示實施方式1的自由鑄造方法的流程圖。

首先，通過上引機115使起動器ST下降，經(jīng)由外部形狀規(guī)定部件103與內(nèi)部形狀規(guī)定部件104之間的熔融金屬通過部105，使起動器ST的前端部(下端部)浸漬于熔融金屬M1(步驟S101)。

接下來，以規(guī)定的速度開始起動器ST的上引。此處，即使起動器ST從熔融金屬面離開，熔融金屬M1也會由于表面膜、表面張力而隨同起動器ST從熔融金屬面被上引(導出)，形成保持熔融金屬M2。如圖1所示，保持熔融金屬M2形成在形狀規(guī)定部件102的熔融金屬通過部105。換句話說，通過形狀規(guī)定部件102對保持熔融金屬M2賦予形狀(步驟S102)。

接下來，起動器ST、鑄件M3通過從冷卻部109排出的冷卻氣體被冷卻(步驟S103)。由此，保持熔融金屬M2被間接冷卻，并從上側向下側逐漸凝固，鑄件M3生長(步驟S104)。這樣，能夠連續(xù)鑄造鑄件M3。

此處，在從設置于噴嘴前端部114的多個冷卻氣體排出口114a排出的冷卻氣體的流動的流路與內(nèi)部形狀規(guī)定部件104的上表面之間的空間，由于冷卻氣體的氣流的影響產(chǎn)生負壓區(qū)域X。因此，從送風部116對負壓區(qū)域X送風(步驟S103)。由此，負壓區(qū)域X的負壓狀態(tài)得到緩解。換句話說，負壓區(qū)域X的壓力與大氣壓的差壓變小。由此，能夠抑制保持熔融金屬M2流入中空形狀的鑄件M3的內(nèi)側。

圖7為表示冷卻氣體的流量同負壓區(qū)域X的壓力與大氣壓的差壓之間的關系的圖。參照圖7，當冷卻氣體的流量為零的情況下，不產(chǎn)生負壓區(qū)域X(差壓為零)，不過隨著冷卻氣體的流量增加，負壓區(qū)域X的負壓變大(負壓區(qū)域X的壓力與大氣壓的差壓變大)。另外，當冷卻氣體的流量恒定的情況下，冷卻氣體排出口114a的面積越小，冷卻氣體的流速越快，因此負壓區(qū)域X的負壓增大。此處，送風部116例如可以基于圖7所示的信息推定負壓區(qū)域X的壓力，調整風量。

這樣，本實施方式的自由鑄造裝置具備對于由于向中空形狀的鑄件M3的內(nèi)周面吹送的冷卻氣體的影響而產(chǎn)生的負壓區(qū)域X送風的送風部116。由此，本實施方式的自由鑄造裝置能夠緩解負壓區(qū)域X的負壓狀態(tài)，因此能夠抑制保持熔融金屬M2流入中空形狀的鑄件M3的內(nèi)側。

＜實施方式2＞

圖8為示意性示出實施方式2的自由鑄造裝置的剖視圖。在圖8所示的自由鑄造裝置中，與圖1所示的自由鑄造裝置相比，還具有送風部116以與負壓區(qū)域X的壓力相應的風量送風的反饋功能。此外，圖8中的xyz坐標與圖1一致。

具體地說，圖8所示的自由鑄造裝置還具備設置在負壓區(qū)域X內(nèi)的壓力傳感器120。壓力傳感器120測定負壓區(qū)域X的壓力。此外，送風部116以與壓力傳感器120的測定結果相應的風量向負壓區(qū)域X送風。例如，送風部116在負壓區(qū)域X的壓力與大氣壓的差壓小的情況下減小風量，在負壓區(qū)域X的壓力與大氣壓的差壓大的情況下增大風量。

由此，本實施方式的自由鑄造裝置能夠將適于緩解負壓區(qū)域X的負壓狀態(tài)的流量的風送入負壓區(qū)域X，因此能夠更為正確地緩解負壓區(qū)域X的負壓狀態(tài)。

＜實施方式3＞

圖9為表示實施方式3的自由鑄造裝置的一部分的放大剖視圖。圖10為表示圖9所示的形狀規(guī)定部件102周邊的俯視圖。此外，圖9以及圖10中的xyz坐標與圖1一致。

在圖9所示的自由鑄造裝置中，與圖1所示的自由鑄造裝置相比，設置在送風部116的噴嘴前端部(以及送風口)的配置位置不同。

圖9所示的自由鑄造裝置，作為送風部116具備風供給部117、噴嘴121以及多個噴嘴前端部122。噴嘴121的一部分配置于熔融金屬M1內(nèi)。設置于熔融金屬M1內(nèi)的噴嘴121從內(nèi)部形狀規(guī)定部件104的下表面通過其內(nèi)部延伸直至上表面，并連接于多個噴嘴前端部122。參照圖10，多個噴嘴前端部122在與負壓區(qū)域X接觸的部件之一亦即內(nèi)部形狀規(guī)定部件104的上表面，以包圍冷卻部109的噴嘴前端部114的方式設置。此外，分別設置于多個噴嘴前端部122的多個送風口122a向負壓區(qū)域X開口。

對于圖9所示的自由鑄造裝置的其他的結構，與圖1所示的自由鑄造裝置的情況相同，因此省略對其的說明。

由此，本實施方式的自由鑄造裝置能夠更正確地向負壓區(qū)域X送入風，能夠更為可靠地緩解負壓區(qū)域X的負壓狀態(tài)。

(圖9所示的自由鑄造裝置的變形例)

圖11為表示圖9所示的自由鑄造裝置的變形例的一部分的放大剖視圖。圖12為表示圖11所示的形狀規(guī)定部件102周邊的俯視圖。此外，圖11以及圖12中的xyz坐標與圖1一致。

在圖11所示的自由鑄造裝置中，與圖9所示的自由鑄造裝置相比，設置于送風部116的噴嘴前端部(以及送風口)的配置位置不同。

圖11所示的自由鑄造裝置，作為送風部116具備風供給部117、噴嘴123以及噴嘴前端部124。噴嘴123的一部分設置在熔融金屬M1內(nèi)。設置在熔融金屬M1內(nèi)的噴嘴123從內(nèi)部形狀規(guī)定部件104的下表面通過其內(nèi) 部延伸直至上表面，并連接于噴嘴前端部124。此處，送風部116的噴嘴前端部124共用形成冷卻部109的噴嘴前端部114的圓柱狀的部件。參照圖11以及圖12，多個送風口124a被設置在與負壓區(qū)域X接觸的部件之一亦即形成噴嘴前端部114、124的圓柱狀的部件的側面，向負壓區(qū)域X開口。

圖11所示的自由鑄造裝置的其他的結構與圖9所示的自由鑄造裝置的情況相同，因此省略對其的說明。

由此，本實施方式的自由鑄造裝置能夠更正確地向負壓區(qū)域X送入風，因此能夠更為可靠地緩解負壓區(qū)域X的負壓狀態(tài)。

如上所述，上述實施方式1～3的自由鑄造裝置具備對由于向中空形狀的鑄件M3的內(nèi)周面吹送的冷卻氣體的影響而產(chǎn)生的負壓區(qū)域X送風的送風部116。由此，上述實施方式1～3的自由鑄造裝置能夠緩解負壓區(qū)域X的負壓狀態(tài)，因此能夠抑制保持熔融金屬M2流入中空形狀的鑄件M3的內(nèi)側。

在上述實施方式中，以鑄造圓筒形狀的鑄件的情況為例進行了說明，不過并不局限于此。當鑄造方筒形狀等其他的中空形狀的鑄件的情況下，也可以應用本發(fā)明。

此外，本發(fā)明并不局限于上述實施方式，可以在不脫離主旨的范圍內(nèi)進行適當變更。

顯而易見基于以上的本發(fā)明的說明，可對本發(fā)明進行各種變形。這樣的變形不該視為脫離了本發(fā)明的思想以及范圍，另外，所有的對于本領域技術人員而言顯而易見的改進都被涵蓋于本發(fā)明的權利要求中。